Xem mẫu
Khoa học - Công nghệ và đổi mới sáng tạo
Phân biệt thật - giả dược liệu sâm Ngọc Linh:
Kinh nghiệm từ nghiên cứu giám định sâm trên thế giới
Chu Đức Hà, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Khuất Thị Mai Lương, Đinh Xuân Tú, Lê Hùng Lĩnh
Viện Di truyền nông nghiệp, VAAS
Kiểm định nguồn gốc dược liệu đang được coi là một vấn đề nóng hiện nay.
Trên thế giới, các nhà khoa học đang nỗ lực trong việc kiểm định các giống
sâm nhằm phân loại một cách chính xác, thuận tiện và nhanh chóng nguồn
gốc của chúng. Từ những kết quả đạt được trong nghiên cứu giám định các
loài sâm phổ biến trên thế giới, các tác giả đã đề xuất quy trình kỹ thuật đạt
chuẩn quốc tế cho việc giám định sâm Ngọc Linh ở Việt Nam. Đây là những
bước đi rất có ý nghĩa nhằm nâng cao giá trị thương hiệu sâm Ngọc Linh của
nước ta trên thị trường trong nước và quốc tế.
Mở đầu
Trên thế giới, nhu cầu sử
dụng thuốc bào chế từ dược liệu
rất lớn, đó là chưa kể dược liệu
dùng trong sinh hoạt hàng ngày
với tác dụng bồi bổ cơ thể. Đây
rõ ràng là lợi thế và cơ hội rất lớn
cho ngành dược liệu Việt Nam.
Cây dược liệu có thể được trồng
và sinh trưởng tốt ở những khu
vực núi cao, nơi khó canh tác
nông nghiệp một cách hiệu quả.
Vì thế, chúng hoàn toàn có thể
mang lại nguồn thu lớn, trở thành
cây xóa đói giảm nghèo cho nông
dân nếu được định hướng và chỉ
đạo rõ ràng. Tuy nhiên, một trong
những vấn đề bức xúc và đáng
lo ngại là sự thật - giả về nguồn
gốc dược liệu quý trên thị trường
cung ứng hiện nay, đặc biệt đối
với cây sâm Ngọc Linh (Panax
vietnamensis Ha et Grushv).
Để tìm hiểu về vấn đề kiểm
định sự thật - giả của dược liệu,
bên cạnh phương pháp nhận
dạng hình thái, xác định hoạt
chất, một trong những điểm mấu
chốt là đặc điểm di truyền đặc
30
trưng của từng loại cây dược liệu.
Cho đến nay, rất nhiều phương
pháp đã được áp dụng để nhận
biết những điểm đặc thù trên
phân tử ADN di truyền từ thế hệ
này sang thế hệ khác của loài.
Một số đặc điểm di truyền hệ gen lục
lạp của các loài sâm
Nằm trong bản đồ phân bố
sâm của thế giới, Việt Nam với
điều kiện tự nhiên đa dạng là
nơi phân bố của một số loài
sâm có giá trị cao như: Vũ
Diệp (P. bipinnatifidus Seem.)
ở Hoàng Liên Sơn, Tam thất (P.
pseudoginseng Wall.) ở Sa Pa,
Nhật (P. japonicus) và Ngọc
Linh ở Kon Tum và Quảng Nam.
Rõ ràng, việc trà trộn sâm Ngọc
Linh với những loại sâm nêu trên,
thậm chí với một số loại củ không
thuộc chi Panax là điều hoàn
toàn có thể xảy ra trong khi chất
lượng và hoạt tính giữa chúng rất
khác biệt.
Cơ sở khoa học của giám định
gen chủ yếu dựa trên hệ gen
nhân và lục lạp của các đối tượng
Soá 3 naêm 2018
nghiên cứu. Vì thế, hệ gen lục lạp
của một số loài sâm cũng đã bắt
đầu được giải trình tự một cách
đầy đủ (hình 1A). Năm 2004, hệ
gen lục lạp của sâm Hàn Quốc (P.
schinseng Nees) có kích thước
sợi ADN mạch vòng đạt 156.318
bp đã được ghi nhận đầu tiên
[1]. Sau đó, 4 nòi sinh thái của
P. ginseng (Damaya, Ermaya,
Gaolishen
và
Yeshanshen)
cũng lần lượt được giải trình tự
hệ gen lục lạp để dự đoán về cơ
chế tiến hóa và mức độ đa hình
giữa chúng [2]. Cụ thể, Damaya,
Ermaya và Gaolishen có kích
thước hệ gen lục lạp là 156.354
bp, trong khi kích thước sợi ADN
mạch vòng ở nòi Yeshanshen là
156.355 bp [2]. Đến nay, sâm Mỹ
(P. quinquefolius, P. notoginseng,
P. japonicus) cũng đã được tiến
hành giải trình tự hệ gen lục lạp,
có kích thước lần lượt là 156.088,
156.466 và 156.188 bp [3-6]. Đáng
chú ý, sâm Ngọc Linh của Việt
Nam cũng đã được giải trình tự hệ
gen lục lạp một cách hoàn chỉnh
[5, 6]. Kích thước sợi ADN mạch
vòng có chiều dài 155.993 bp,
khoa học - công nghệ và đổi mới sáng tạo
Gần đây, một số loài cây
thuốc trong chi có họ hàng
gần gũi với Panax spp., như
Eleutherococcus,
Aralia
và
Dendropanax cũng được quan
tâm và nghiên cứu để cung cấp
thêm một cách rõ nét về sự đa
dạng di truyền và phân loại giữa
các họ hàng của Panax ở cấp
độ phân tử [5]. Đi sâu hơn vào
việc nhận biết những vùng bảo
thủ đặc trưng giữa các loài, Kim
và cộng sự cũng đã tìm ra được
rất nhiều vị trí đa hình ở các gen
mã hóa nrARN 45S (nuclear
ribosomal ARN 45S) giữa 10 loài
thuộc Panax spp. và 3 chi họ
hàng. Những ghi nhận bước đầu
này đã đặt nền móng quan trọng
cho việc kiểm định sự có mặt của
sâm Ngọc Linh với những loài
gần gũi với chi Panax trong sản
phẩm. Từ đây, một số thành tựu
trong nghiên cứu giám định sâm
đã được báo cáo trên thế giới.
Một số kết quả trong nghiên cứu
giám định sâm trên thế giới
Hình 1. Hệ gen lục lạp (A) và mối quan hệ tiến hóa (B) giữa các họ hàng của chi
Panax.
chứa 79 gen mã hóa protein, 29
gen mã hóa phân tử tARN và 4
gen mã hóa rARN [6]. Kết quả
xây dựng cây phân loại cho thấy,
sâm Ngọc Linh có nguồn gốc tiến
hóa gần gũi với P. notoginseng
và P. japonicus (hình 1B). Những
kết quả này có thể mở ra những
bí mật về cơ chế quang hợp của
họ Panax và quan trọng hơn cả là
cho phép phân biệt chúng ở cấp
độ phân tử dựa vào sự sai khác
giữa các loài.
Giám định sâm, trước hết phải
dựa vào đặc điểm hình thái đặc
trưng của từng loài hoặc phương
pháp phân tích protein để xác
định sự có mặt của hợp chất quý
trong sâm. Bên cạnh đó, phương
pháp xác định nhờ chỉ thị phân
tử ADN đã được sử dụng rất phổ
biến ở đối tượng cây trồng để
tìm hiểu bản chất di truyền và
xác định các locus gen quy định
tính trạng. Các loại chỉ thị phân
tử được sử dụng phổ biến trong
nhận dạng sâm bao gồm RFLP
(Restriction
fragment
length
polymorphism), RAPD (Random
amplified polymorphic DNA),
STS (Sequence - tagged site),
SSR (Simple sequence repeats)
và SNP (Single nucleotide
Soá 3 naêm 2018
31
Khoa học - Công nghệ và đổi mới sáng tạo
polymorphisms). Một số nghiên
cứu đã thiết kế chỉ thị RFLP để
nhận diện sự sai khác giữa một
số vùng đặc trưng, như gen 18S
rARN, trình tự ribosome ITS15.8S-ITS2, trình tự rARN 5S [7].
Bên cạnh đó, chỉ thị SSR được
sử dụng phổ biến hơn cả trong
phân tích đa dạng di truyền giữa
các giống sâm do đây là các
đoạn trình tự lặp đơn, ngắn nên
rất đặc hiệu cho từng giống [7,
8]. Liên quan đến vấn đề bảo hộ
sản phẩm sâm Hàn Quốc, Kim
và cộng sự cũng đã phát triển 19
chỉ thị EST-SSR để kiểm định 9
giống sâm trồng tại Hàn Quốc
[9]. Đây được xem là tiền đề
quan trọng cho công tác chọn tạo
giống sâm chất lượng cao tại Hàn
Quốc. Gần đây, với sự phát triển
của công nghệ giải trình tự thế hệ
mới đã cho phép xác định những
điểm sai khác giữa các giống
sâm, các sai khác này có thể
được rà soát và xác định bằng chỉ
thị SNP [7, 10]. Trong bối cảnh
mở cửa thị trường trao đổi hàng
hóa tự do, ngành công nghiệp
sâm ở các nước đã bị tác động
không nhỏ từ việc trộn lẫn và làm
giả các loại sâm. Vì vậy, cần thiết
phải sàng lọc ra các chỉ thị phân
tử ADN để nhận diện giữa các
giống cũng như xây dựng cơ sở
dữ liệu phân tử của các loài. So
với tốc độ phát triển của ngành
công nghiệp sâm, phương pháp
phân tích ADN truyền thống được
cho là tốn kém, cần nhiều thời
gian trong khi hiệu quả lại không
cao. Gần đây, công nghệ giải
trình tự thế hệ mới đã cho phép
chúng ta dễ dàng xác định một
cách nhanh chóng các đột biến
như SNP, SSR, thêm/mất ở trình
32
tự hệ gen.
Tiếp theo, một kỹ thuật được
sử dụng khá phổ biến trong nhận
dạng sâm là barcode (250-1.000
bp) và mini-barcode (100-250 bp).
Một số kết quả bước đầu đã được
ghi nhận trong nỗ lực định danh
các loài sâm khác nhau, bao gồm
33 nòi sinh thái P. bipinnatifidus,
2 loài sâm P. ginseng, P.
notoginseng thu thập tại Trung
Quốc, 1 loài P. pseudoginseng
thu thập tại Nepal, sâm Mỹ P.
quinquefolius và P. trifolius, 5 nòi
sinh thái P. japonicus và sâm P.
stipuleanatus. Đáng chú ý, có 3
mẫu sâm được thu thập tại Việt
Nam là P. stipuleanatus (Quảng
Nam) và 2 mẫu P. bipinnatifidus
ghi nhận ở Lâm Đồng và Quảng
Nam [11]. Gần đây, mini-barcode
cũng đã được phát triển để nhận
dạng P. notoginseng [3].
Mới đây, nhóm nghiên cứu tại
Đại học Quốc gia Seoul (Hàn
Quốc) công bố đã thành công
trong việc giám định 5 loại sâm
P. ginseng, P. quinquefolius, P.
notoginseng, P. japonicus và
Ngọc Linh [12]. Trong đó, 14 chỉ
thị InDel cho kết quả đa hình giữa
5 hệ gen lục lạp đã được xác định
để giám định Panax spp. Đáng
chú ý, 2 chỉ thị phân tử, bao gồm
gcpm9 (thiết kế từ đoạn 25 bp
TR và 6 bp SSR trên vùng clpPpsbB) và gcpm14 (thiết kế từ
đoạn 30 bp InDel trên vùng ycf1)
được xác định rất đặc trưng cho
sâm Ngọc Linh [12]. Để tránh sự
trộn lẫn thành phần với các loài
khác trong họ Araliaceae, nhóm
nghiên cứu đã tiếp tục đánh
giá sự sai khác giữa hệ gen lục
lạp và nrARN giữa các loài có
Soá 3 naêm 2018
họ hàng gần gũi Panax spp.,
Eleutherococcus spp., Aralia
spp. và Dendropanax spp. [5].
Cuối cùng, khi câu chuyện về
giám định các giống sâm đã gần
như sáng tỏ, việc mã hóa các
kết quả thu được dưới dạng mã
phản hồi nhanh (QR code) tiếp
tục được quan tâm. Một nghiên
cứu gần đây đã công bố về việc
chuyển đổi kết quả giám định
giống P. ginseng thành dạng QR
code bằng các thuật toán 2 chiều
[13]. Đây được xem là tiền đề rất
quan trọng để người tiêu dùng có
thể tự đánh giá và kiểm định chất
lượng của sản phẩm sâm trên thị
trường thông qua QR code.
Đề xuất quy trình giám định sâm Ngọc
Linh ở Việt Nam
Để ngăn chặn sự thất thoát
nguồn sâm tự nhiên và hiện tượng
trà trộn làm giả các sản phẩm
sâm Ngọc Linh, cần khẩn trương
xây dựng tập đoàn giống gốc cây
sâm Ngọc Linh có sức chống
chịu tốt, sinh trưởng nhanh, năng
suất cao phục vụ công tác bảo
tồn và nhân giống. Câu hỏi đang
được quan tâm hiện nay là làm
thế nào để phân biệt sâm Ngọc
Linh thật và các loài sâm Panax
spp. ở Việt Nam? Để trả lời được
câu hỏi này, bộ chỉ thị phân tử
ADN dựa trên trình tự hệ gen sẽ
được sử dụng trong nghiên cứu
di truyền phân tử và xác định chỉ
thị phân tử đặc hiệu nhằm kiểm
định sâm Ngọc Linh phục vụ nhu
cầu sản xuất và bảo đảm quyền
lợi người tiêu dùng. Đây là những
nội dung chính cần phải đạt được
để quản lý và khai thác sâm Ngọc
Linh một cách hợp lý và bền vững
(hình 2). Cụ thể là:
khoa học - công nghệ và đổi mới sáng tạo
nhằm tăng hiệu quả
và khả năng phát
sinh chồi từ các
mẫu sâm thu thập
được, từ đó hoàn
thiện quy trình tạo
cây in vitro.
Bốn là, thiết kế
bộ chỉ thị phân tử
phục vụ nghiên cứu
di truyền và kiểm
định sâm Ngọc
Linh. Các chỉ thị
phân tử được xác
Hình 2. Quy trình kiểm định sâm Ngọc Linh.
định và thiết kế dựa
trên hệ gen nhân
Một là, thu thập và xây dựng và hệ gen lục lạp của sâm Ngọc
tập đoàn mẫu sâm Ngọc Linh, Vũ Linh. Sau đó, các chỉ thị đặc hiệu
Diệp, Tam thất hoang Lai Châu được chọn lọc để phân biệt sâm
và sâm Hàn Quốc. Khảo sát đa Ngọc Linh với một số giống sâm
dạng nguồn sâm phân bố tại các khác. Từ những kết quả thu được,
khu vực sinh thái khác nhau trên bản đồ di truyền liên kết với các
những vùng núi cao, từ đó nắm tính trạng quan trọng sẽ được
được thực trạng nguồn sâm phân thiết lập, từ đó phục vụ công tác
bố ở Việt Nam hiện nay.
lai tạo giống sâm chất lượng cao.
Hai là, nghiên cứu đánh giá
các tính trạng hình thái sinh học
chính, từ đó xây dựng hệ thống
cơ sở dữ liệu của các mẫu sâm
Ngọc Linh thu thập được ở các
vùng sinh thái khác nhau. Việc
thiết lập và xây dựng dữ liệu kiểu
hình các tính trạng của mẫu sâm
Ngọc Linh là tiền đề quan trọng
cho công tác nhận dạng và phát
triển giống trong tương lai.
Ba là, nghiên cứu lưu giữ in
vitro các mẫu sâm thu thập được.
Song song với việc thu thập, công
tác lưu giữ và phục tráng bằng
các kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào
thực vật cần được tiến hành nhằm
bảo quản toàn bộ ngân hàng mẫu
giống, phục vụ chọn tạo và phát
triển sau này. Việc tối ưu hóa môi
trường dinh dưỡng và điều kiện
nuôi cấy cũng được quan tâm
Đây là những nội dung chính
để xây dựng một quy trình kỹ
thuật đạt chuẩn quốc tế cho việc
kiểm định giống sâm Ngọc Linh ở
mức độ phân tử. Những kết quả
thu được sẽ đóng góp rất có ý
nghĩa trong việc nâng cao giá trị
của sâm Ngọc Linh ?
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] K.J. Kim, H.L. Lee (2004), “Complete
chloroplast genome sequences from Korean
ginseng (Panax schinseng Nees) and
comparative analysis of sequence evolution
among 17 vascular plants”, DNA Res., 11(4),
pp.247-261.
[2] Y. Zhao, J. Yin, H. Guo, Y. Zhang, W.
Xiao, C. Sun, J. Wu, X. Qu, J. Yu, X. Wang,
J. Xiao (2014), “The complete chloroplast
genome provides insight into the evolution and
polymorphism of Panax ginseng”, Front. Plant
Sci., 5, doi: 10.3389/fpls.2014.00696.
[3] W. Dong, H. Liu, C. Xu, Y. Zuo, Z.
Chen, S. Zhou (2014), “A chloroplast genomic
strategy for designing taxon specific DNA
mini-barcodes: A case study on ginsengs”,
BMC Genet., 15, doi.org/10.1186/s12863014-0138-z.
[4] Z.J. Han, W. Li, Y. Liu, L.Z. Gao (2015),
“The complete chloroplast genome of North
American ginseng, Panax quinquefolius”,
Mitochondrial DNA, 27, pp.3496-3497.
[5] K. Kim, V.B. Nguyen, J. Dong, Y.
Wang, J.Y. Park, S.C. Lee, T.J. Yang (2017),
“Evolution of the Araliaceae family inferred
from complete chloroplast genomes and 45S
nrDNAs of 10 Panax - related species”, Sci.
Rep., 7, pp.1-9.
[6] B. Nguyen, K. Kim, Y.C. Kim, S.C. Lee,
J.E. Shin, J. Lee, N.H. Kim, W. Jang, H.I. Choi,
T.J. Yang (2015), “The complete chloroplast
genome sequence of Panax vietnamensis Ha
et Grushv (Araliaceae)”, Mitochondrial DNA,
28, pp.1-2.
[7] I.H. Jo, Y.C. Kim, D.H. Kim, K.H.
Kim, T.K. Hyun, H. Ryu, K.H. Bang (2016),
“Applications of molecular markers in the
discrimination of Panax species and Korean
ginseng cultivars (Panax ginseng)”, J. Ginseng
Res., 41(4), pp.444-449.
[8] H.I. Choi, N.H. Kim, J.H. Kim, B.S.
Choi, I.O. Ahn, J.S. Lee, T.J. Yang (2011),
“Development of reproducible EST-derived
SSR markers and assessment of genetic
diversity in Panax ginseng cultivars and related
species”, J. Ginseng Res., 35, pp.399-412.
[9] N.H. Kim, H.I. Choi, I.O. Ahn, T.J.
Yang (2012), “EST-SSR marker sets for
practical authentication of all nine registered
ginseng cultivars in Korea”, J. Ginseng Res.,
36, pp.298-307.
[10] Y. Liu, X. Wang, L. Wang, X. Chen, X.
Pang, J. Han (2016), “A nucleotide signature
for the identification of American ginseng and
its products”, Front. Plant Sci., 7, doi: 10.3389/
fpls.2016.00319.
[11] Y.J. Zuo, Z.J. Chen, K. Kondo, T.
Funamoto, J. Wen, S.L. Zhou (2011), “DNA
barcoding of Panax species”, Planta Med., 77,
pp.182-187.
[12] V.B. Nguyen, H.S. Park, S.C.
Lee, J. Lee, J.Y. Park, T.J. Yang (2017),
“Authentication markers for five major Panax
species developed via comparative analysis of
complete chloroplast genome sequences”, J.
Agric. Food Chem., 65, pp.6298-6306.
[13] Y. Cai, P. Li, X.W. Li, J. Zhao, H.
Chen, Q. Yang, H. Hu (2017), “Converting
Panax ginseng DNA and chemical fingerprints
into two-dimensional barcode”, J. Ginseng
Res., 41, pp.339-346.
Soá 3 naêm 2018
33
nguon tai.lieu . vn
Phân biệt thật - giả dược liệu sâm Ngọc Linh:
Kinh nghiệm từ nghiên cứu giám định sâm trên thế giới
Chu Đức Hà, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Khuất Thị Mai Lương, Đinh Xuân Tú, Lê Hùng Lĩnh
Viện Di truyền nông nghiệp, VAAS
Kiểm định nguồn gốc dược liệu đang được coi là một vấn đề nóng hiện nay.
Trên thế giới, các nhà khoa học đang nỗ lực trong việc kiểm định các giống
sâm nhằm phân loại một cách chính xác, thuận tiện và nhanh chóng nguồn
gốc của chúng. Từ những kết quả đạt được trong nghiên cứu giám định các
loài sâm phổ biến trên thế giới, các tác giả đã đề xuất quy trình kỹ thuật đạt
chuẩn quốc tế cho việc giám định sâm Ngọc Linh ở Việt Nam. Đây là những
bước đi rất có ý nghĩa nhằm nâng cao giá trị thương hiệu sâm Ngọc Linh của
nước ta trên thị trường trong nước và quốc tế.
Mở đầu
Trên thế giới, nhu cầu sử
dụng thuốc bào chế từ dược liệu
rất lớn, đó là chưa kể dược liệu
dùng trong sinh hoạt hàng ngày
với tác dụng bồi bổ cơ thể. Đây
rõ ràng là lợi thế và cơ hội rất lớn
cho ngành dược liệu Việt Nam.
Cây dược liệu có thể được trồng
và sinh trưởng tốt ở những khu
vực núi cao, nơi khó canh tác
nông nghiệp một cách hiệu quả.
Vì thế, chúng hoàn toàn có thể
mang lại nguồn thu lớn, trở thành
cây xóa đói giảm nghèo cho nông
dân nếu được định hướng và chỉ
đạo rõ ràng. Tuy nhiên, một trong
những vấn đề bức xúc và đáng
lo ngại là sự thật - giả về nguồn
gốc dược liệu quý trên thị trường
cung ứng hiện nay, đặc biệt đối
với cây sâm Ngọc Linh (Panax
vietnamensis Ha et Grushv).
Để tìm hiểu về vấn đề kiểm
định sự thật - giả của dược liệu,
bên cạnh phương pháp nhận
dạng hình thái, xác định hoạt
chất, một trong những điểm mấu
chốt là đặc điểm di truyền đặc
30
trưng của từng loại cây dược liệu.
Cho đến nay, rất nhiều phương
pháp đã được áp dụng để nhận
biết những điểm đặc thù trên
phân tử ADN di truyền từ thế hệ
này sang thế hệ khác của loài.
Một số đặc điểm di truyền hệ gen lục
lạp của các loài sâm
Nằm trong bản đồ phân bố
sâm của thế giới, Việt Nam với
điều kiện tự nhiên đa dạng là
nơi phân bố của một số loài
sâm có giá trị cao như: Vũ
Diệp (P. bipinnatifidus Seem.)
ở Hoàng Liên Sơn, Tam thất (P.
pseudoginseng Wall.) ở Sa Pa,
Nhật (P. japonicus) và Ngọc
Linh ở Kon Tum và Quảng Nam.
Rõ ràng, việc trà trộn sâm Ngọc
Linh với những loại sâm nêu trên,
thậm chí với một số loại củ không
thuộc chi Panax là điều hoàn
toàn có thể xảy ra trong khi chất
lượng và hoạt tính giữa chúng rất
khác biệt.
Cơ sở khoa học của giám định
gen chủ yếu dựa trên hệ gen
nhân và lục lạp của các đối tượng
Soá 3 naêm 2018
nghiên cứu. Vì thế, hệ gen lục lạp
của một số loài sâm cũng đã bắt
đầu được giải trình tự một cách
đầy đủ (hình 1A). Năm 2004, hệ
gen lục lạp của sâm Hàn Quốc (P.
schinseng Nees) có kích thước
sợi ADN mạch vòng đạt 156.318
bp đã được ghi nhận đầu tiên
[1]. Sau đó, 4 nòi sinh thái của
P. ginseng (Damaya, Ermaya,
Gaolishen
và
Yeshanshen)
cũng lần lượt được giải trình tự
hệ gen lục lạp để dự đoán về cơ
chế tiến hóa và mức độ đa hình
giữa chúng [2]. Cụ thể, Damaya,
Ermaya và Gaolishen có kích
thước hệ gen lục lạp là 156.354
bp, trong khi kích thước sợi ADN
mạch vòng ở nòi Yeshanshen là
156.355 bp [2]. Đến nay, sâm Mỹ
(P. quinquefolius, P. notoginseng,
P. japonicus) cũng đã được tiến
hành giải trình tự hệ gen lục lạp,
có kích thước lần lượt là 156.088,
156.466 và 156.188 bp [3-6]. Đáng
chú ý, sâm Ngọc Linh của Việt
Nam cũng đã được giải trình tự hệ
gen lục lạp một cách hoàn chỉnh
[5, 6]. Kích thước sợi ADN mạch
vòng có chiều dài 155.993 bp,
khoa học - công nghệ và đổi mới sáng tạo
Gần đây, một số loài cây
thuốc trong chi có họ hàng
gần gũi với Panax spp., như
Eleutherococcus,
Aralia
và
Dendropanax cũng được quan
tâm và nghiên cứu để cung cấp
thêm một cách rõ nét về sự đa
dạng di truyền và phân loại giữa
các họ hàng của Panax ở cấp
độ phân tử [5]. Đi sâu hơn vào
việc nhận biết những vùng bảo
thủ đặc trưng giữa các loài, Kim
và cộng sự cũng đã tìm ra được
rất nhiều vị trí đa hình ở các gen
mã hóa nrARN 45S (nuclear
ribosomal ARN 45S) giữa 10 loài
thuộc Panax spp. và 3 chi họ
hàng. Những ghi nhận bước đầu
này đã đặt nền móng quan trọng
cho việc kiểm định sự có mặt của
sâm Ngọc Linh với những loài
gần gũi với chi Panax trong sản
phẩm. Từ đây, một số thành tựu
trong nghiên cứu giám định sâm
đã được báo cáo trên thế giới.
Một số kết quả trong nghiên cứu
giám định sâm trên thế giới
Hình 1. Hệ gen lục lạp (A) và mối quan hệ tiến hóa (B) giữa các họ hàng của chi
Panax.
chứa 79 gen mã hóa protein, 29
gen mã hóa phân tử tARN và 4
gen mã hóa rARN [6]. Kết quả
xây dựng cây phân loại cho thấy,
sâm Ngọc Linh có nguồn gốc tiến
hóa gần gũi với P. notoginseng
và P. japonicus (hình 1B). Những
kết quả này có thể mở ra những
bí mật về cơ chế quang hợp của
họ Panax và quan trọng hơn cả là
cho phép phân biệt chúng ở cấp
độ phân tử dựa vào sự sai khác
giữa các loài.
Giám định sâm, trước hết phải
dựa vào đặc điểm hình thái đặc
trưng của từng loài hoặc phương
pháp phân tích protein để xác
định sự có mặt của hợp chất quý
trong sâm. Bên cạnh đó, phương
pháp xác định nhờ chỉ thị phân
tử ADN đã được sử dụng rất phổ
biến ở đối tượng cây trồng để
tìm hiểu bản chất di truyền và
xác định các locus gen quy định
tính trạng. Các loại chỉ thị phân
tử được sử dụng phổ biến trong
nhận dạng sâm bao gồm RFLP
(Restriction
fragment
length
polymorphism), RAPD (Random
amplified polymorphic DNA),
STS (Sequence - tagged site),
SSR (Simple sequence repeats)
và SNP (Single nucleotide
Soá 3 naêm 2018
31
Khoa học - Công nghệ và đổi mới sáng tạo
polymorphisms). Một số nghiên
cứu đã thiết kế chỉ thị RFLP để
nhận diện sự sai khác giữa một
số vùng đặc trưng, như gen 18S
rARN, trình tự ribosome ITS15.8S-ITS2, trình tự rARN 5S [7].
Bên cạnh đó, chỉ thị SSR được
sử dụng phổ biến hơn cả trong
phân tích đa dạng di truyền giữa
các giống sâm do đây là các
đoạn trình tự lặp đơn, ngắn nên
rất đặc hiệu cho từng giống [7,
8]. Liên quan đến vấn đề bảo hộ
sản phẩm sâm Hàn Quốc, Kim
và cộng sự cũng đã phát triển 19
chỉ thị EST-SSR để kiểm định 9
giống sâm trồng tại Hàn Quốc
[9]. Đây được xem là tiền đề
quan trọng cho công tác chọn tạo
giống sâm chất lượng cao tại Hàn
Quốc. Gần đây, với sự phát triển
của công nghệ giải trình tự thế hệ
mới đã cho phép xác định những
điểm sai khác giữa các giống
sâm, các sai khác này có thể
được rà soát và xác định bằng chỉ
thị SNP [7, 10]. Trong bối cảnh
mở cửa thị trường trao đổi hàng
hóa tự do, ngành công nghiệp
sâm ở các nước đã bị tác động
không nhỏ từ việc trộn lẫn và làm
giả các loại sâm. Vì vậy, cần thiết
phải sàng lọc ra các chỉ thị phân
tử ADN để nhận diện giữa các
giống cũng như xây dựng cơ sở
dữ liệu phân tử của các loài. So
với tốc độ phát triển của ngành
công nghiệp sâm, phương pháp
phân tích ADN truyền thống được
cho là tốn kém, cần nhiều thời
gian trong khi hiệu quả lại không
cao. Gần đây, công nghệ giải
trình tự thế hệ mới đã cho phép
chúng ta dễ dàng xác định một
cách nhanh chóng các đột biến
như SNP, SSR, thêm/mất ở trình
32
tự hệ gen.
Tiếp theo, một kỹ thuật được
sử dụng khá phổ biến trong nhận
dạng sâm là barcode (250-1.000
bp) và mini-barcode (100-250 bp).
Một số kết quả bước đầu đã được
ghi nhận trong nỗ lực định danh
các loài sâm khác nhau, bao gồm
33 nòi sinh thái P. bipinnatifidus,
2 loài sâm P. ginseng, P.
notoginseng thu thập tại Trung
Quốc, 1 loài P. pseudoginseng
thu thập tại Nepal, sâm Mỹ P.
quinquefolius và P. trifolius, 5 nòi
sinh thái P. japonicus và sâm P.
stipuleanatus. Đáng chú ý, có 3
mẫu sâm được thu thập tại Việt
Nam là P. stipuleanatus (Quảng
Nam) và 2 mẫu P. bipinnatifidus
ghi nhận ở Lâm Đồng và Quảng
Nam [11]. Gần đây, mini-barcode
cũng đã được phát triển để nhận
dạng P. notoginseng [3].
Mới đây, nhóm nghiên cứu tại
Đại học Quốc gia Seoul (Hàn
Quốc) công bố đã thành công
trong việc giám định 5 loại sâm
P. ginseng, P. quinquefolius, P.
notoginseng, P. japonicus và
Ngọc Linh [12]. Trong đó, 14 chỉ
thị InDel cho kết quả đa hình giữa
5 hệ gen lục lạp đã được xác định
để giám định Panax spp. Đáng
chú ý, 2 chỉ thị phân tử, bao gồm
gcpm9 (thiết kế từ đoạn 25 bp
TR và 6 bp SSR trên vùng clpPpsbB) và gcpm14 (thiết kế từ
đoạn 30 bp InDel trên vùng ycf1)
được xác định rất đặc trưng cho
sâm Ngọc Linh [12]. Để tránh sự
trộn lẫn thành phần với các loài
khác trong họ Araliaceae, nhóm
nghiên cứu đã tiếp tục đánh
giá sự sai khác giữa hệ gen lục
lạp và nrARN giữa các loài có
Soá 3 naêm 2018
họ hàng gần gũi Panax spp.,
Eleutherococcus spp., Aralia
spp. và Dendropanax spp. [5].
Cuối cùng, khi câu chuyện về
giám định các giống sâm đã gần
như sáng tỏ, việc mã hóa các
kết quả thu được dưới dạng mã
phản hồi nhanh (QR code) tiếp
tục được quan tâm. Một nghiên
cứu gần đây đã công bố về việc
chuyển đổi kết quả giám định
giống P. ginseng thành dạng QR
code bằng các thuật toán 2 chiều
[13]. Đây được xem là tiền đề rất
quan trọng để người tiêu dùng có
thể tự đánh giá và kiểm định chất
lượng của sản phẩm sâm trên thị
trường thông qua QR code.
Đề xuất quy trình giám định sâm Ngọc
Linh ở Việt Nam
Để ngăn chặn sự thất thoát
nguồn sâm tự nhiên và hiện tượng
trà trộn làm giả các sản phẩm
sâm Ngọc Linh, cần khẩn trương
xây dựng tập đoàn giống gốc cây
sâm Ngọc Linh có sức chống
chịu tốt, sinh trưởng nhanh, năng
suất cao phục vụ công tác bảo
tồn và nhân giống. Câu hỏi đang
được quan tâm hiện nay là làm
thế nào để phân biệt sâm Ngọc
Linh thật và các loài sâm Panax
spp. ở Việt Nam? Để trả lời được
câu hỏi này, bộ chỉ thị phân tử
ADN dựa trên trình tự hệ gen sẽ
được sử dụng trong nghiên cứu
di truyền phân tử và xác định chỉ
thị phân tử đặc hiệu nhằm kiểm
định sâm Ngọc Linh phục vụ nhu
cầu sản xuất và bảo đảm quyền
lợi người tiêu dùng. Đây là những
nội dung chính cần phải đạt được
để quản lý và khai thác sâm Ngọc
Linh một cách hợp lý và bền vững
(hình 2). Cụ thể là:
khoa học - công nghệ và đổi mới sáng tạo
nhằm tăng hiệu quả
và khả năng phát
sinh chồi từ các
mẫu sâm thu thập
được, từ đó hoàn
thiện quy trình tạo
cây in vitro.
Bốn là, thiết kế
bộ chỉ thị phân tử
phục vụ nghiên cứu
di truyền và kiểm
định sâm Ngọc
Linh. Các chỉ thị
phân tử được xác
Hình 2. Quy trình kiểm định sâm Ngọc Linh.
định và thiết kế dựa
trên hệ gen nhân
Một là, thu thập và xây dựng và hệ gen lục lạp của sâm Ngọc
tập đoàn mẫu sâm Ngọc Linh, Vũ Linh. Sau đó, các chỉ thị đặc hiệu
Diệp, Tam thất hoang Lai Châu được chọn lọc để phân biệt sâm
và sâm Hàn Quốc. Khảo sát đa Ngọc Linh với một số giống sâm
dạng nguồn sâm phân bố tại các khác. Từ những kết quả thu được,
khu vực sinh thái khác nhau trên bản đồ di truyền liên kết với các
những vùng núi cao, từ đó nắm tính trạng quan trọng sẽ được
được thực trạng nguồn sâm phân thiết lập, từ đó phục vụ công tác
bố ở Việt Nam hiện nay.
lai tạo giống sâm chất lượng cao.
Hai là, nghiên cứu đánh giá
các tính trạng hình thái sinh học
chính, từ đó xây dựng hệ thống
cơ sở dữ liệu của các mẫu sâm
Ngọc Linh thu thập được ở các
vùng sinh thái khác nhau. Việc
thiết lập và xây dựng dữ liệu kiểu
hình các tính trạng của mẫu sâm
Ngọc Linh là tiền đề quan trọng
cho công tác nhận dạng và phát
triển giống trong tương lai.
Ba là, nghiên cứu lưu giữ in
vitro các mẫu sâm thu thập được.
Song song với việc thu thập, công
tác lưu giữ và phục tráng bằng
các kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào
thực vật cần được tiến hành nhằm
bảo quản toàn bộ ngân hàng mẫu
giống, phục vụ chọn tạo và phát
triển sau này. Việc tối ưu hóa môi
trường dinh dưỡng và điều kiện
nuôi cấy cũng được quan tâm
Đây là những nội dung chính
để xây dựng một quy trình kỹ
thuật đạt chuẩn quốc tế cho việc
kiểm định giống sâm Ngọc Linh ở
mức độ phân tử. Những kết quả
thu được sẽ đóng góp rất có ý
nghĩa trong việc nâng cao giá trị
của sâm Ngọc Linh ?
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] K.J. Kim, H.L. Lee (2004), “Complete
chloroplast genome sequences from Korean
ginseng (Panax schinseng Nees) and
comparative analysis of sequence evolution
among 17 vascular plants”, DNA Res., 11(4),
pp.247-261.
[2] Y. Zhao, J. Yin, H. Guo, Y. Zhang, W.
Xiao, C. Sun, J. Wu, X. Qu, J. Yu, X. Wang,
J. Xiao (2014), “The complete chloroplast
genome provides insight into the evolution and
polymorphism of Panax ginseng”, Front. Plant
Sci., 5, doi: 10.3389/fpls.2014.00696.
[3] W. Dong, H. Liu, C. Xu, Y. Zuo, Z.
Chen, S. Zhou (2014), “A chloroplast genomic
strategy for designing taxon specific DNA
mini-barcodes: A case study on ginsengs”,
BMC Genet., 15, doi.org/10.1186/s12863014-0138-z.
[4] Z.J. Han, W. Li, Y. Liu, L.Z. Gao (2015),
“The complete chloroplast genome of North
American ginseng, Panax quinquefolius”,
Mitochondrial DNA, 27, pp.3496-3497.
[5] K. Kim, V.B. Nguyen, J. Dong, Y.
Wang, J.Y. Park, S.C. Lee, T.J. Yang (2017),
“Evolution of the Araliaceae family inferred
from complete chloroplast genomes and 45S
nrDNAs of 10 Panax - related species”, Sci.
Rep., 7, pp.1-9.
[6] B. Nguyen, K. Kim, Y.C. Kim, S.C. Lee,
J.E. Shin, J. Lee, N.H. Kim, W. Jang, H.I. Choi,
T.J. Yang (2015), “The complete chloroplast
genome sequence of Panax vietnamensis Ha
et Grushv (Araliaceae)”, Mitochondrial DNA,
28, pp.1-2.
[7] I.H. Jo, Y.C. Kim, D.H. Kim, K.H.
Kim, T.K. Hyun, H. Ryu, K.H. Bang (2016),
“Applications of molecular markers in the
discrimination of Panax species and Korean
ginseng cultivars (Panax ginseng)”, J. Ginseng
Res., 41(4), pp.444-449.
[8] H.I. Choi, N.H. Kim, J.H. Kim, B.S.
Choi, I.O. Ahn, J.S. Lee, T.J. Yang (2011),
“Development of reproducible EST-derived
SSR markers and assessment of genetic
diversity in Panax ginseng cultivars and related
species”, J. Ginseng Res., 35, pp.399-412.
[9] N.H. Kim, H.I. Choi, I.O. Ahn, T.J.
Yang (2012), “EST-SSR marker sets for
practical authentication of all nine registered
ginseng cultivars in Korea”, J. Ginseng Res.,
36, pp.298-307.
[10] Y. Liu, X. Wang, L. Wang, X. Chen, X.
Pang, J. Han (2016), “A nucleotide signature
for the identification of American ginseng and
its products”, Front. Plant Sci., 7, doi: 10.3389/
fpls.2016.00319.
[11] Y.J. Zuo, Z.J. Chen, K. Kondo, T.
Funamoto, J. Wen, S.L. Zhou (2011), “DNA
barcoding of Panax species”, Planta Med., 77,
pp.182-187.
[12] V.B. Nguyen, H.S. Park, S.C.
Lee, J. Lee, J.Y. Park, T.J. Yang (2017),
“Authentication markers for five major Panax
species developed via comparative analysis of
complete chloroplast genome sequences”, J.
Agric. Food Chem., 65, pp.6298-6306.
[13] Y. Cai, P. Li, X.W. Li, J. Zhao, H.
Chen, Q. Yang, H. Hu (2017), “Converting
Panax ginseng DNA and chemical fingerprints
into two-dimensional barcode”, J. Ginseng
Res., 41, pp.339-346.
Soá 3 naêm 2018
33